Energia prin fuziune nucleara,

la indemana ?

Facultatea de Matematica si Stiinte ale Naturii,

Departamentul de Fizica, Universitatea din Craiova

Joi 30 Octombrie 2014

Alexandru Boboc* CPhys PhD

CCFE is the fusion research arm of the United Kingdom Atomic Energy Authority

* Culham Centre for Fusion Energy Agentia Britanica de Energie Atomica (UKAEA)

Fuziunea nucleara

Motorul stelelor si energia

viitorului

Puterea fuziunii nucleare

Gravitatia face acest

proces posibil in Soare

Atomi necesita, pentru a

fuziona, temperaturi si energii

foarte mari capabile sa

invinga fortele de repulsie.

Materia devine o…..

PLASMA

Cresterea globala a populatiei si a

consumului de energie

Populatia lumii si

cererea de energie sunt

in crestere continua

chiar si in cele mai

optimiste scenarii

Evolutia globala a consumului de energie

Populatia lumii

(miliarde)

Anul

Centrala Eoliana de la Fantanele

Combustibili fosili

Surse regenerabile

Cum vom produce energie electrica

in viitor ?

Fisiune

nucleara Centrala Nucleara de la Cernavoda

Reactia de fuziune nucleara ...are loc cand doua nuclee sunt fortate sa fuzioneze,

producand un nucleu mai greu si un neutron

Tritiu Deuteriu

Heliu

Neutron

Masa combinata a celor

doua nuclee mici este mai

mare decat masa nucleului

rezultant.

Diferenta de masa s-a

transformat in energie.

E = mc2

Cum se poate face ?

1) Gravitatie 2) Fuziune

inertiala

(laseri)

3) Fuziune prin

confinare

magnetica

O sa discutam numai de a

treia optiune !

Ce conditii trebuie indeplinite

sa o facem aici pe Pamant ?

Legea lui Lawson (Lawson criterion)

Densitati mari (n)

Temperaturi inalte(T)

Timpi de confinare ridicati (E)

nTE > 3x1021m-3keVs

Reprezinta conditiile necesare ca un reactor de fuziune sa

ajunga in starea de autosustinere(ignition) a reactiei de fuziune

200 milioane grade Celsius

Fuziunea prin confinare magnetica

Fara camp magnetic

Cu camp magnetic

Termenul stiintific: torus sau camera toroidala

Fuziunea prin confinare magnetica

Capcana magnetica

Institutul de Cercetare in domeniul

Fuziunii Nucleare de la Culham(CCFE)

Locatie: Oxfordshire, Marea Britanie. Parte a Agentiei Britanice de Energie Atomica (UKAEA)

JET

MAST

• Peste 1000 de angajati • Doua experimente de fuziune:

JET(Eurofusion) si MAST(UK)

Spectrometrul britanic a masurat temperaturi de 11 milioane grade Celsius.

• Centre noi in constructie • Studiul materialelor pentru

reactorul demonstrativ DEMO • Centru de robotica RACE

• Au fost primii care au masurat temperatura plasmei in experimentul Tokamak T3(URSS) in anul 1969.

Masina /instalatia/ numita Tokamak

Campul total

elicoidal

Magneti camp

toroidal

Camp magnetic

toroidal

Camp magnetic

poloidal

Miez transformator

Bobina

transformator

(circuit primar)

Curentul plasmei

(circuit secundar)

Magneti de

controlul

pozitiei

JET Tokamak

Totul s-a schimbat la JET

Camera de

vid initiala

din otel

(1983)

Camera de

vid acoperita

de caramizi

de grafit*

•(2000)

* Similare cu cele

folosite la scutul termic

de la navele spatiale

Totul s-a schimbat la JET

Camera de

vid acoperita

de caramizi

de beriliu si

tungsten

(2012)

….90% din

caramizi sunt

facute in..

Romania la

Magurele si

Mioveni

Progresul cercetarii in fuziune

Regim de reactor

Q = Putere generata

Putere introdusa

15MW Energie de fuziune pentru 5 secunde (Q=0.4)

2017

JET

500MW pentru 400s (ITER)

2030

ITER – Pasul urmator 50 MW puterea de pornire 500 MW puterea generata pentru 400 secunde

De ce ne trebuie unul

mai mare ?

*diametrul plasmei mult mai mare ca orbita de

giratie a particulei a care este de 25cm)

Pentru a controla turbulentele,

plasma trebuie sa aiba un

volum foarte mare*

DEMO– Pasul decisiv

ITER V=840m3

Q=10

P=500MW

T=400s

2020s

Comunitatea stiintifica din EU are un program in fuziunea nuclear foarte agresiv pentru

realizarea primului prototip COMERCIAL in 30 de ani (DEMO).

Cercetare Tehnologica

Cercetare fundamentala

JET Joint European Torus

V=90m3

Q=0.65

P=16MW

T=30 s

1983- ? 2040s

DEMO V=2000m3

Q=15-40 P=2GW T=24 ore

ITER – stadiul actual

• Costul de constructie este de

14.4 miliarde de Euro

• Locatie:Franta, Cadarache

• Constructia a inceput in 2008

• Functional in anii 2020..

Cladirea reactorului este lunga de 1km

Merita efortul ?

Costul

ITER-ului:

€14 miliarde

Olimpiada de la Beijing:

€29 miliarde

Primul om pe Marte:

€160 miliarde

O centrala de energie electrica de fuziune

Avantajele fuziunii nucleare….

• Impact minimal asupra naturii (emisie zero de CO2)

• Combustibilii sunt practic nelimitati

• Deuteriul se gaseste in ….

• Fuziunea nu produce deseuri cu radioactivitate pe termen lung

• Nu exista riscuri de siguranta (de ex. explozie necontrolata)

Locul meu in fuziune

Raspund de un sistem de diagnostica pe baza de laseri: interferometrul/polarimetrul

pentru masurarea densitatii plasmei si a structurii magnetice interne

Parametri sistem:

Laseri: infrarosu indepartat (cu lungime de unda195 si 118 microni)

Canale: 8

Componente: 5000

Cale optica: 80m

Cea mai mare componenta: turn

de 14m inaltime, masa de 70 tone

Timp de functionare: 16 ore/zi

Clasificare: diagnostica esentiala

pentru operarea JET-ul

Pentru mai multe informatii:

Facebook Culham Centre for Fusion Energy

Twitter @fusionenergy

www.ccfe.ac.uk

www.euro-fusion.org

http://www.oxfordmail.co.uk/news/11549615.Watch__Baffled_by_nuclear_fusion__It_s_child_s_play_as_Lego_video_explains_all/

Stiri “Oxford Mail” din 22 Oct 2014

Va multumesc pentru atentie !

Intrebari ?